Kuliah ke
PERANCANGAN PERALATAN PROSES
5
Waktu
3 x 50 menit
Topik
PEMISAHAN GAS-CAIR
BEJANA PEMISAH GAS- CAIR
1. BEJANA VERTIKAL
Pemisah uap-cair vertikal digunakan untuk memisahkan cairan dari uap, jika vomue cairan
sedikit dibandingkan dengan volume uap (kira-kira kurang dari 10%). Kecepatan uap
maksimum yang diizinkan agar cairan tidak terbawa uap, dipengaruhi oleh densitas uap
dan ciar, serta parameter Kv.
Formula berikut dapat digunakan untuk menentukan ukuran bejana vertikal
pemisah uap-cair.
(1) Faktor pemisahan (separatin factor) dan Kv
Faktor pemisahan dirumuskan sebagai,
S
L V
V L
dengan
L = laju alir massa cair (kg/s)
V = laju alir massa uap (kg/s)
v = densitas uap (kg/m3)
L = densitas cair (kg/m3)
Faktor Kv dirumuskan,
dengan,
X = ln S
B = -1,877478097
D = -0,8145804597
E = -0,1870744085
F = -0,0145228667
G = -0,0010148518
Kv = exp(B + DX + EX2 + FX3 + GX4)
(2) Kecepatan uap maksimum
v max  0,3048 K v
Catatan:
L   v
v
m/s

Perhitungan kecepatan maksimum dapat menggunakan faktor 0,3 – 1,0 dari
perhitungan di atas. Biasanya diambil 0,75 kalinya.
V
(3) Laju alir volumetrik uap, Q v 
v
Qv
(4) Luas penampang ruang uap yang diperlukan
Av 
v max
(5) Diameter ruang uap
Dv 
4A v

Diameter yang diperoleh dibulatkan ke atas sesuai diameter yang umum digunakan
untuk bejana proses. Dari nilai diameter sesungguhnya dihitung luas penampang bejana
A
D 2
v max
Sebagai acuan dapat memakai diameter nominal bejana proses (mm) berikut.
100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900,
1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900,
2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2600, 2800,
3000, 3200, 3400, 3600, 3800,
4000, 4250, 4500, 4750,
5000
(6) Tinggi ruang uap (lihat gambar)
Tinggi ruang uap dapat diambil sama dengan diameter ruang uap,
hv = Dv
Selain itu dapat diambil nilai berikut,
hv = hd + hn + hm
dengan,
hv = tinggi ruang uap
hd = tinggi ruang di atas lubang umpan (biasanya diambil 48 in)
hn = tinggi minimum lubang umpan dari atas permukaan cairan tertinggi (misal 18 in)
hm = tinggi penahan butir cairan (mesh pad), bisanya 6 in (99% cairan tertahan)
Catatan:
 Tinggi ruang di atas lubang umpan biasanya sebesar 36 in ditambah setengah
diameter lubang umpan.
 Tinggi minimum lubang umpan dari atas permukaan cairan tertinggi paling sedikit
12 in ditambah setengah diameter lubang umpan.
(7) Tinggi cairan
Perbandingan tinggi tangki (H) terhadap diameter (D) biasa diambil antara 2 dan 5.
Berdasar pengamalan, paling optimum dengan mempertimbangkan efektivitas pemisahan,
adalah untuk H = 3 D (jika diameter tangki seragam). Dengan mengacu gambar di atas,
dapat dihitung tinggi cairan (hL). Jika tinggi yang diperoleh menghasilkan waktu tinggal
cairan kurang dari 5 menit, tinggi cairan dihitung sebagai berikut.
Laju alir volumetrik, Q L 
Tinggi cairan,
dengan:

QL
L
hL
hL 
L
L
 QL
A
= waktu tinggal (s)
= laju alir volumetrik cairan (m3/s)
= laju alir massa cairan (kg/s)
= tinggi cairan (m)
SOAL
Campuran steam dan air akan dipisahkan dalam knock-out drum. Laju air 100 kg/jam dan
steam 2000 kg/jam.
Volume spesifik (m3/kg)
P (bar)
Suhu (oC)
Air
Kukus (steam)
3
133,5
0,001074
0,60553
4
143,5
0,001084
0,46220
5
151,9
0,001093
0,37466
Tentukan dimensi bejana knock out drum untuk ketiga tekanan operasi.
2. BEJANA HORISONTAL
Pemisah uap-cair horisontal digunakan untuk memisahkan cairan dari uap, jika vomue
cairan sangat banyak dibandingkan dengan volume uap. Kecepatan uap maksimum yang
diizinkan agar cairan tidak terbawa uap, dipengaruhi oleh densitas uap dan ciar, serta
parameter KH.
Kecepatan maksimum uap,
v max  0,3048 K H
L   v
m/s
v
dengan, KH = 1,25 Kv
Laju alir volumetrik uap,
Qv 
V
v
Luas penampang ruang uap yang diperlukan A v 
m3/s
Qv
v max
Av
R cv
dengan Rcv = rasio antara luas uap dan luas penampang total (biasanya 0,2).
Luas penampang cairan,
AL = (1 - Rcv) Av
4A t
Diameter bejana
D

Luas pernampang total,
At 
Panjang bejana dihitung dari,
H = D RLD
dengan, RLD = rasio antara panjang dan diameter (biasa diambil 3 atau 2 … 5).
Periksa waktu tinggal,
A H L
 L
L
Jika waktu yang dihitung di atas kurang dari waktu tinggal minimum (5 menit), maka
panjang (H) tangki diperbesar, sehingga memenuhi,
 > 5 menit
SOAL
Campuran steam dan air (3 bar dan133,5 oC) akan dipisahkan dalam knock-out drum. Laju
air 2000 kg/jam dan steam 100 kg/jam. Diketahui volume spesifik steam dan air berturutturut 0,60553 dan 0,001074 m3/kg. Tentukan dimensi bejana knock out drum untuk ketiga
tekanan operasi.
Referensi:
Branan (2004). Rule of Thumb of Chemical Engineering. Ed. 4